摘 要

在科技发展日新月异的今天，工业生产百花齐放，相应的环境污染损害也日益提高。当前，工业污水是破坏环境的一个重要因素，在国家大力发展生态文明建设的今天，实现对于污水处理的高效、精确自动控制与监控十分紧迫与必要。本课题结合工业控制自动化，计算机和网络通信技术以及污水处理监控过程，设计出一套污水处理的自动控制方案。课题将某醋酸企业污水处理的系统作为参考，从污水处理的硬件、功能、软件、控制算法等各方面研究，从而去建立污水处理系统，来解决污水处理的难点。

本项目工作主要分为三个方面，一是确定污水处理自动控制系统的总体设计方案，并对相应硬件系统进行选型。根据系统的硬件需求对PLC、电源模块、拓展模块、中央处理器模块等进行选型与接线设计，以达到系统能够在多种不同环境，不同情况下根据流程的顺序进行逻辑控制的要求。

第二部分是对工业污水处理软件进行设计与开发。参考硬件选型对本次设计污水处理系统使用的编程软件进行选择，并且通过编程软件编写污水处理控制程序以实现时间转换功能、初始值设定功能、读取系统时间功能以及污水处理功能等，从而达到对整个污水处理的精确自动控制并且能够对具体时间进行更改与设定的目的。

第三部分主要是污水处理监控系统的开发。包括开发工具的选择，生物池、总界面在内的多个组态界面的绘制以及组态通信连接。以达到可通过上位机实时图形化监控及自动控制、通讯网络进行数据交互的功能。

经过调试与系统功能测试，可完成对控制系统硬件的选型设计一套由下位机自动控制PLC、上位机实现实时监控的组态软件wincc、通讯网络进行数据交互的现场总线PROFIBUS-DP的污水处理系统。通过PLC强大的数据采集、控制功能,并通过现场总线进行数据通信,配合组态软件图形化监控,实现生产的分散控制和集中管理。运用自动控制程序来对控制过程进行一定的提高和优化,从而达到提升工作能力,提高工业污水排放处理工作效率的目的。

关键词：S7-300PLC、WINCC、污水处理、自动控制

Design and Development of Automatic Monitoring System for Industrial Sewage Recycling Treatment

Abstract

Nowadays, with the rapid development of science and technology, industrial production is flourishing, and the corresponding environmental pollution damage is also increasing. Nowadays, with the vigorous development of ecological civilization in China, it is urgent and necessary to realize efficient and accurate automatic control and monitoring of sewage treatment. This topic combines industrial control automation, computer and network communication technology and sewage treatment monitoring process to design an automatic control scheme for sewage treatment. The subject takes the sewage treatment system of an acetic acid enterprise as a reference, and studies the hardware.

The work of this project is mainly divided into three aspects. CPU module and other modules are selected and connected to achieve the system can be in a variety of different environments, under different circumstances according to the sequence of the process of logical control requirements.

The second part is the industrial sewage treatment. Referring to the hardware selection, the programming software used in the sewage treatment system is selected, and the sewage treatment control program is programmed through the programming software to realize time conversion function, initial value setting function, reading system time function and sewage treatment function, so as to achieve precise automatic control of the whole sewage treatment and to be able to change and set specific time Designated purpose.

The third part is the development of sewage treatment. It includes the choice of development tools, the drawing of multiple configuration interfaces including biological pool and general interface, and the connection of configuration communication. In order to achieve the functions of real-time graphical monitoring, automatic control and communication network for data interaction.

system based on the field bus PROFIBUS-DP, which consists of the configuration software wincc, a real-time monitoring system realized by the lower computer automatic control PLC and the upper computer, can be designed. Through the powerful data acquisition and control functions of PLC, data communication through field bus, and graphical monitoring of configuration software, decentralized control and centralized management of production are realized. The automatic control program is used to improve and optimize the control process, so as to improve the working capacity and improve the efficiency of industrial sewage discharge treatment.

Keywords: S7-300PLC;WINCC;Sewage treatment;Automatic control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景和意义 1

1.1.1 我国工业生产污水现状 1

1.1.2 目的和意义 1

1.2 工业污水处理自动控制系统发展 2

1.2.1 工业污水处理常见方法 3

1.2.2 工业污水排放处理自动控制系统发展以及现状 4

1.2.3 污水处理在国内外的发展趋势 5

1.3 本文主要研究内容 6

第二章 工业污水处理相关工艺流程 7

2.1 污水处理相关工艺 7

2.2 污水处理设备 10

2.3 系统需求分析 10

第三章 控制系统的硬件及通讯系统设计 12

3.1 系统硬件需求 12

3.2 自动控制系统设备选择 12

3.2.1 系统PLC选型 12

3.2.2 电源模块 14

3.2.3中央处理器模块 15

3.2.4 接口模块 15

3.2.5 I/O口模块 15

3.2.6 扩展模块 15

3.3 系统硬件接线 15

3.4 通讯网络选择 16

3.5 通讯网络搭建 17

第四章 工业污水处理软件设计 19

4.1 编程软件STEP 7 19

4.1.1 STEP 7编程软件 19

4.1.2 定义符号表 20

4.1.3 系统编程 21

4.2 污水处理控制程序的实现 22

4.2.1 主程序 22

4.2.2 初始值设定模块 23

4.2.3 时间转换模块 23

4.2.4 中间变量设置 24

第五章 污水处理监控系统开发 26

5.1 系统开发工具 26

5.2 组态界面 26

5.2.1 系统组态软件主界面 26

5.2.2 水池界面 27

5.2.3 控制界面 28

5.2.4 系统状态指示画面 29

5.3 组态通讯 29

第六章 系统功能测试 31

6.1 WINCC组态界面 31

6.2 时间读取功能 33

6.3 定时执行功能 34

第七章 结论与展望 35

7.1 结论 35

7.2 展望 35

7.3 系统实施影响 36

致谢 38

参考文献 39

第一章 绪论

课题背景和意义

1.1.1 我国工业生产污水现状

在强化生态环境建设的今天，工业污水治理仍是我国人居环境整治的突出短板，许多工厂产品的附加价值是比较低的，不能够完全负担过于高昂的运行维护费用，特别是对降解工序过多的工业污水处理工作，为了减少运行成本，部分企业工厂减少了对污水的管理控制，从而使污染情况更加严重。这样做不仅会对大自然造成污染，同时也会降低社会制造生产效率^[1]。因此，实现对于污水处理的高效、精确自动控制与监控十分紧迫与必要。

废水污水中的污染物种类较为多样。化学污染物就是由于化学生产物产生的对于水资源的污染。生物性污染就是废水中进入的各种病原微生物、病毒等。根据污水对于生态污染所形成危害的不同，其中固体溶解物会产生一定的危害：比如悬浮物大量污染水体时，又全部排到自然界中，就会使水体变得污浊并且会改变其颜色^[2]。一些能够自己沉降的悬浮物将沉到最底部，也会对水底生物的生存造成一定程度危害。如果沉积比较严重，将堵塞部分水道。

为了保证社会持续长久发展，国家也通过制定一系列规章制度对工业生产进行一定的规范约束，效果显著。就整体情况而言，工业污水的排放量正在不断减少，但是对于自然水体的污染依旧比较严重，依然需要我们通过提升技术来改变这一现状，从而做好研究调查工作，力争从源头上改善工业废水对于环境的污染问题。

1.1.2 目的和意义

对于工业排放的污水，如果不进行处理就直接排放，就会影响自然环境，进而影响我们的日常生活环境，所以我们应该尽快解决工业污水的排放处理问题。在处理污水排放问题时，其自动化程度影响着污水处理效果的高低，这就要求我们以原自动控制技术为基础，对工业污水处理有一个全面的了解与处理，从而达到对污水处理的自动控制^[3]。因此，提升自动控制能力将为我国的经济发展奠定一个良好的发展平台。我国正处在工业高速发展的时期，在过去的十几年，由于某些原因，在经济发展的同时没有兼顾环境污染问题，尤其是水污染。在新时代中国特色社会主义思想的指导下，我国已经逐渐重视这个问题。污水处理是减少水资源污染，并促进水资源循环利用的一项技术。

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